Устройство для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра
Устройство для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра относится к механизированным устройствам для электродуговой наплавки внутренней поверхности отверстий среднего и большого диаметра и может быть использовано при наплавке антикоррозионных покрытий на внутренние поверхности радиальных отверстий крупногабаритных корпусов сосудов, работающих под давлением в составе атомных энергетических установок в судостроении, атомных электрических станций (установок) стационарного или подвижного базирования, а также при изготовлении сосудов нефтехимической промышленности.
Устройство для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра содержит блок питания и управления устройства, источник питания сварочной дуги, планшайбу с приводом вращения вокруг вертикальной оси, установленный на ней вертикальный суппорт с перемещаемой в вертикальном направлении посредством мотор-редуктора кареткой, на которой смонтирован горизонтальный суппорт с перемещаемой в горизонтальном направлении посредством мотор-редуктора кареткой со сварочной головкой, включающей пустотелый вал с осевым каналом для направления электродной проволоки, на выходном конце которого установлен мундштук с радиусным коленом, блок подачи электродной проволоки и кассету с электродной проволокой, жестко закрепленную на валу. С целью расширения технических возможностей сварочной головки за счет расширения диапазона наплавляемых отверстий и возможности наплавки поверхностей как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях устройство содержит червячный поворотный редуктор, установленный на каретке горизонтального суппорта, состоящий из корпуса, червячной пары, ручного привода и вращаемой червячной парой крышки, на которой установлена сварочная головка.
Полезная модель относится к механизированным устройствам для электродуговой наплавки внутренней поверхности отверстий среднего и большого диаметра и может быть использовано при наплавке антикоррозионных покрытий на внутренние поверхности радиальных отверстий крупногабаритных корпусов сосудов, работающих под давлением в составе атомных энергетических установок в судостроении, атомных электрических станций (установок) стационарного или подвижного базирования, а также при изготовлении сосудов нефтехимической промышленности.
На предприятии-заявителе изготовляются сосуды-цилиндры диаметром 3600 мм, длиной от 2400 до 5000 мм, с толщиной стенки до 250-350 мм и весом 80-200 тонн с многочисленными отверстиями диаметром до 1500 мм внутри которых необходимо выполнить антикоррозионную наплавку ручным дуговым способом покрытыми электродами. Сварщики располагаются на подставках, одновременно работают несколько сварщиков изнутри и снаружи сосуда, наплавляя продольными и радиальными валиками антикоррозионный и стыковочный слой толщиной 20-30 мм в несколько этапов и проходов, при этом сосуд неоднократно кантуют. Процесс трудоемкий, энерго- и материалозатратный и требует средств защиты верхних дыхательных путей сварщиков.
Известна сварочная головка для наплавки металла на внутреннюю поверхность цилиндрического изделия с расширенными технологическими возможностями по применяемым материалам и типоразмерам изделий (см. a.c.. SU 1298021, B23K 9\18 опубликовано 23.03.87 г БИ 
11). Недостатком данной головки является сложность механизма подачи электродного материала (проволоки, ленты) и флюса в цилиндрические отверстия малого диаметра, невозможность работы в вертикальных отверстиях.
Известена сварочная установка для наплавки внутренних диаметров ID WELD 2500 фирмы Castolin Eutectic предназначенная для наплавки неподвижных цилиндрических поверхностей диаметром 30-600 мм в среде защитных газов. Установка состоит из опоры, жесткого блока подачи сварочной головки, устройства вращения и вертикальной подачи сварочной головки, блока управления, устанавливающего необходимую скорость и направление вращения сварочной головки.
При использовании данной установки изделие (цилиндр) остается неподвижным, вовнутрь цилиндра вводится сварочная (наплавочная) головка сверху-вниз, фиксируется в нижнем положении, затем круговыми валиками с непрерывным движением головки по спирали или по кругу, снизу-вверх осуществляется одновременная подача плавящейся и вращающейся в наконечнике присадочной проволоки с защитой наплавляемого валика смесью инертных газов в известных пропорциях по технологии фирмы Castolin Eutectic. Данная головка позволяет работать только в смесях защитных газов, а вращение электродной проволоки внутри сменного наконечника головки одновременно с вращением головки, приводит к частым остановкам процесса сварки и достаточно сложному ремонту наплавляемого изделия.
Наиболее близкой по технической сути и принятой в качестве прототипа к заявляемой сварочной головке, является установка для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей, на которую выдан патент RU 2111839 (23К 9/04, опубликовано 27.05.1998 г.) Установка содержит сварочную головку, расположенную на поворотной площадке, направляющую стойку, установленную на основании, механизм вертикального перемещения сварочной головки, механизм вращения сварочной головки, функционально связанные между собой блок питания и управления установки, источник питания дуги.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является механизация процесса наплавки (преимущественно антикоррозионным покрытием) внутренней поверхности пересекающихся цилиндрических отверстий, увеличение технических возможностей сварочной головки за счет расширения диапазона наплавляемых отверстий и возможности наплавки поверхностей как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях.
Поставленная задача решается за счет оснащения сварочной головки, перемещаемой в горизонтальном и вертикальном направлениях и вращающейся соосно оси наплавляемого отверстия, механизмом ее разворота в вертикальной плоскости, оснащением ее одновременно вращающимися с ней кассетой с электродной проволокой и флюсоподсыпающе-поддерживающим устройством.
На фиг.1 представлена схема устройства для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра.
На фиг.2 представлена схема устройства для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра (вид А на фиг.1).
На фиг.3 представлена схема устройства для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра, оснащенного флюсоподсыпающе-поддерживающим устройством.
На фиг.4 показано позиционирование устройства для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра на разных стадиях наплавки.
На фиг.5 представлена схема последовательности укладки валиков наплавки на внутренние поверхности пересекающихся отверстий.
Устройство для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра состоит из планшайбы 1 с приводом вращения вокруг вертикальной оси. На планшайбе 1 установлен вертикальный суппорт 2, имеющий каретку 3, перемещаемую в вертикальном направлении по направляющим 4 посредством ходового винта 5 (шаровинтовой пары) вращаемого мотор-редуктором 6. На каретке 3 вертикального суппорта 2 установлен горизонтальный суппорт 7 аналогичной конструкции, включающий каретку 8, перемещаемую в горизонтальном направлении посредством мотор-редуктора 9. На каретке 8 смонтирован червячный редуктор 10, предназначенный для изменения угла наклона сварочной головки в вертикальной плоскости. Червячный редуктор 10 состоит из корпуса, червячной пары, с ручного привода 11 и вращаемой крышки. На вращаемой крышке червячного редуктора 10 смонтирована сварочная головка 12, включающая пустотелый вал 13 с осевым каналом для направления электродной проволоки, блок подачи 14 электродной проволоки, кассету 15 с электродной проволокой, жестко закрепленную на валу 13. Сварочная головка смонтирована таким образом, что продольная ось ее пустотелого вала 13 расположена в одной вертикальной плоскости с вертикальными осями планшайбы 1 и наплавляемого отверстия 16.
На выходном конце вала 13 через изоляторы жестко закреплено флюсоподсыпающе-поддерживающее устройство 17, имеющее воронку 18 для периодической подсыпки флюса из бункера-накопителя (не показан) в зону горения электродной проволоки и металлические щетки 19 по открытому периметру днища устройства для удержания флюса в зоне наплавки. Т.о. флюсовая подушка (защита дуги) движется вместе со сварочной дугой, а шлаковая корка отпадает вниз.
В процессе наплавки флюсоподсыпающе-поддерживающее устройство 17 вместе со сварочной головкой 12 и кассетой 15 перемещаются вокруг вертикальной оси наплавляемого отверстия 16 по винтовой линии или круговым движением с последующим шагом-переходом по вертикали в зоне перекрытия начала и конца валиков либо по команде концевого выключателя (не показан), либо по команде сварщика-оператора, либо по программе при использовании пульта управления на базе программируемого логического контроллера (ПЛК). Условно пульты управления процессом сварки и управления суппортами и сварочный источник -- не показаны.
Использование поворотного червячного редуктора 10, установленного между горизонтальным суппортом 7 и сварочной головкой 12 позволяет осуществлять периодический ручной поворот (подворот) сварочной головки 12 в вертикальной плоскости, т.е наплавлять не только вертикальную поверхность радиального отверстия 16, но и, подбирая угол разворота сварочной головки в вертикальной плоскости (близко к 90°), наплавлять переходную стыковую зону наплавок двух пересекающихся отверстий, т.е механизировать процесс наплавки особо сложных зон.
Использование флюсоподсыпающе-поддерживающего устройства 17, перемещающегося вместе со сварочной головкой 12 обеспечивает:
- доступный обзор зоны формирования наплавляемых валиков (сварщик-оператор находится внутри крупногабаритного изделия - сосуд-цилиндра и следит за процессом наплавки отверстия 2 сверху (доступен обзор на 360°);
- визуальный контроль текущего качества наплавляемых валиков и процесса отделения и уборки шлаковой корки, чем повышается технологичность процесса наплавки и осуществляется непрерывный визуальный контроль качества процесса наплавки.
- облегчаются условия работы сварщиков, т.е. улучшается экологичность техпроцесса.
Наплавка пересекающихся внутренних цилиндрических поверхностей большого диаметра осуществляется следующим образом.
Изделие 20, на внутреннюю поверхность отверстия которого необходимо нанести антикоррозионную наплавку, устанавливают таким образом, чтобы вертикальная ось наплавляемого отверстия 16 совпадала с осью планшайбы 1 устройства наплавки.. К наружной поверхности изделия 20, соосно наплавляемому отверстию 16, подваривают вспомогательное подкладное кольцо 21 для поддержания слоя флюса на начальном этапе наплавки и первых наплавочных (сварочных) валиков (1', 2'
), определяющих общую толщину наплавляемого слоя D.. Снизу в отверстие подкладного кольца 21, посредством суппорта вертикального перемещения 2 вводят сварочную головку 12, при этом, в исходном положении, сварочная головка 12 находится в зоне близкой к вертикальной оси суппорта установки, что позволяет беспрепятственно ввести ее во внутрь наплавляемого отверстия. Посредством суппортов вертикального 2 и горизонтального 7 перемещений сварочную головку 12 устанавливают в положение начала укладки первого валика наплавки радиального отверстия цилиндрического изделия. Рабочее перемещение сварочной дуги по круговой траектории в процессе наплавки осуществляется вращением планшайбы 1 вокруг своей оси, совпадающей с осью наплавляемого отверстия 16.
Первый валик наплавки «1'» укладывают на вертикальную стенку отверстия 2 и на подкладное кольцо 4 круговым движением до замыкания начала и конца валика. Смещая, посредством суппорта горизонтального перемещения 7 сварочную головку 12 в радиальном направлении к центру наплавляемого отверстия с перекрытием 1/3 ширины валика, укладывают второй валик «2'» на первый валик «1'» и на подкладное кольцо 4, образуя, таким образом, ступеньку, равную толщине наплавляемого слоя D. При этом, положение сварочной головки может быть как вертикальным, так и горизонтальным (фиг.4а)
Затем наплавляют первый вертикальный слой (валики «3'»-«n») по спиральной или круговой траектории посредством пошагового вертикального перемещения сварочной головки 12 до ее выхода из отверстия 16 (фиг.4б). Затем, развернув сварочную головку 12 в вертикальной плоскости на 90° (фиг.4в) укладывают валики «n+1», «n+2», «n+k» стыковки с основной внутренней наплавкой цилиндрического изделия 20 в радиальном направлении от оси наплавленного отверстия 16 до образования перекрытия со слоем наплавленного внутреннего антикоррозионного покрытия 22 изделия 20.
Аналогичным образом наплавляют валики второго вертикального слоя наплавки («m1 »÷«mk») до достижения внутренней образующей поверхности 23 изделия 20. После чего укладывают заключительные валики «mk+1», «mk+2», «mk+3» до стыковки с основной внутренней наплавкой 22 изделия 20. И так далее - до получения необходимой толщины наплавляемого слоя D.
Устройство для наплавки внутренних цилиндрических поверхностей изделий большого диаметра, содержащее блок питания и управления, источник питания сварочной дуги, планшайбу с приводом вращения вокруг вертикальной оси, установленный на ней вертикальный суппорт с перемещаемой в вертикальном направлении посредством мотор-редуктора кареткой, на которой смонтирован горизонтальный суппорт со сварочной головкой и с перемещаемой в горизонтальном направлении посредством мотор-редуктора кареткой, включающей пустотелый вал с осевым каналом для направления электродной проволоки, на выходном конце которого установлен мундштук с радиусным коленом, блок подачи электродной проволоки и кассету с электродной проволокой, жестко закрепленную на валу, отличающееся тем, что оно содержит червячный поворотный редуктор, установленный на каретке горизонтального суппорта, состоящий из корпуса, червячной пары, ручного привода и вращаемой червячной парой крышки, на которой установлена сварочная головка.
